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【題目】磷酸二氫鉀(KH2PO4)是一種大型非線性光學晶體,在未來能源領域——“人造太陽計劃中有重要作用.以氯磷灰石(主要成分為Ca5(PO4)3Cl,還含有少量Al2O3Fe2O3等雜質)為原料制備KH2PO4的一種工藝流程如圖所示:

已知:①離子完全沉淀時的pHFe3+3.5,Al3+5.2.

Ca3(PO4)2CaHPO4均難溶于水,Ca(H2PO4)2能溶于水

(1)已知酸浸時發生反應的化學方程式為,該反應體現了濃硫酸的______________________性和___________________.

(2)如果將原料改為氟磷灰石,則酸浸時不能使用玻璃容器,原因是______________________.

(3)“反應Ⅱ”的化學方程式為________________________________________.

(4)常溫下磷酸的電離平衡常數、,的電離常數、,則常溫下KH2PO4水溶液顯____________________(酸性”“堿性中性”);將少量磷酸滴入碳酸鈉溶液中反應的離子方程式為______________________________.

(5)KH2PO4也可以通過如圖所示裝置電解制備:

則陽極的電極反應式為___________________.假如通電前a、b兩室溶液的質量相等,若有2NAK+通過交換膜,則兩室溶液的質量差為__________________g.

【答案】強酸 難揮發 生成的HF會與玻璃中的SiO2反應 K2SO4+Ca(H2PO4)2=2KH2PO4+CaSO4 酸性 H3PO4+2CO=HPO+2HCO+H2O 2Clˉ-2eˉ=Cl2 225g

【解析】

氯磷灰石[主要成分為Ca5(PO4)3Cl,還含有少量Al2O3、Fe2O3等雜質]粉碎,加入濃硫酸酸浸,并加熱,生成HCl氣體,過濾得到微溶物硫酸鈣,濾液含有磷酸、硫酸鐵、硫酸鋁等,加入碳酸鈣調節pH,生成氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀,過濾在得到的濾液中加入硫酸鉀,生成硫酸鈣,同時生成KH2PO4,經系列操作得到KH2PO4晶體,以此解答該題。

(1)該反應中生成磷酸體現了濃硫酸的強酸性,生成HCl體現了濃硫酸的難揮發性;

(2)根據酸浸時發生的反應可知若將原料改為氟磷灰石會生成HF,而HF會與玻璃中的SiO2發生反應,所以不能使用玻璃容器;

(3)根據所給條件“Ca3(PO4)2CaHPO4均難溶于水,Ca(H2PO4)2能溶于水可知加入硫酸鉀前溶液中的溶質主要為Ca(H2PO4)2,所以反應II”的化學方程式為K2SO4+Ca(H2PO4)2=2KH2PO4+CaSO4;

(4)KH2PO4溶液中存在H2PO的電離和水解,其電離平衡常數為Ka2=6.3×10-8,其水解平衡常數Kh==1.4×10-12<6.3×10-8,即電離程度更大,所以溶液顯酸性;根據題意可知酸性:H3PO4>H2CO3>H2PO>HCO>HPO,所以將少量磷酸滴入碳酸鈉溶液中反應的離子方程式為H3PO4+2CO=HPO+2HCO+H2O

(5)該裝置需要制備KH2PO4,所以電解過程中鉀離子要向左側移動,則左側為陰極,右側為陽極,陽極的電解質溶液為KCl溶液,所以氯離子在陽極放電生成氯氣,電極反應式為:2Clˉ-2eˉ=Cl2;左側為陰極,氫離子放電生成氫氣,電極反應式為2H++2eˉ=H2,通電前兩室質量相等,若有2NAK+通過交換膜,即右室有2molK+進入左室,根據電極反應式可知同時右室生成1mol氯氣,左室生成1mol氫氣,則兩室溶液的質量差為39g/mol×4mol+71g/mol×1mol-2g/mol×1mol=225g。

練習冊系列答案
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